Этапы развития биоклиматических зданий

Этапы развития биоклиматических зданий.

Высокая стоимость энергоносителей, экологическая ситуация и развитие технологий заставляют инвесторов строить здания, которые призваны экономить энергоресурсы, дружественные природе, создающие максимальный комфорт для людей, находящихся внутри. Энергоэффективные технологии в строительстве сегодня не просто знак энергосбережения, технической начинки здания – это олицетворения прогрессивного уровня владельца, синоним максимального комфорта и экономической выгоды.
Высотное строительство в крупных городах ухудшают экологическое состояние окружающей среды. Люди, находящиеся на верхних этажах зданий, испытывают психологический дискомфорт. Отсутствие растений, озелененных пространств, плохая проветриваемость, недостаточная освещенность – эти факторы сегодня неотъемлемо связаны с деловыми районами крупных городов мира.
Путем к решению проблемы дискомфорта людей является введение в здание естественных природных элементов, озелененных пространств, создание внутри здания, максимально приближенной к естественной, среды обитания человека.
Биоклиматическое здание- это такое здание, в структуре которого включены озелененные пространства, которые участвуют в создании микроклимата в здании, позволяют экономить энергию, а так же использование в строительстве материалов, пригодных к переработке, использование солнечной энергии и энергии ветра, использование и переработка дождевой воды. Биоклиматическое здание создает максимально естественные условия микроклимата для находящихся внутри людей. Это здания, дружелюбные окружающей среде, создающие внутри и вокруг себя комфортные условия, близкие к естественной природе.
Отдельные принципы биоклиматической архитектуры сформировались еще на первых этапах развития человека – люди интуитивно строили здания с максимальным комфортом для себя, защищенные от солнца, ветра и с оптимальным микроклиматом внутри. Формировалось представление о наиболее выгодном размещении здания, о его ориентации. С развитием человечества усложнялась архитектура зданий, появлялись элементы солнцезащиты, внутренние озелененные атриумы. Эти принципы эволюционировали с течением времени, но сохранили свою суть и перешли из примитивных жилищ в ультрасовременные здания.
Использование естественных природных процессов при формировании архитектуры здания сегодня становится общепринятым. В понятие формирования здания вкладывается не только внутренний объем и фасад, но и внешние факторы, условия взаимодействия здания с окружающей средой.
Испокон веков, интуитивно, люди строили свои дома в согласии с природой, по законам природы и из экологически чистых материалов. В 19 веке, с введением новых материалов и технологий, в Европе активно начали пристраивать к зданию крытые теплицы, которые предназначались для прогулок и выполняли функцию гостиной. В Англии Джоном Нэшем впервые были построены стеклянные галереи с садами- первые крытые атриумы. Дж. К. Лоуд в 1817 году заложил основы проектирования остекленных атриумов-теплиц, определив общую форму и принцип остекления с максимальным использованием солнечной энергии. Большой вклад в исследование и создание зданий с озелененными внутренними пространствами внес архитектор Джон Портмен, построивший в 1960-е годы несколько десятков атриумных зданий в Америке.
Оскар Нимейер, реализуя свои идеи в новой столице Бразилиа, строил здания в неотъемлемой связи с природой. В его постройках применялась пассивная солнцезащита, использовались естественные принципы охлаждения зданий. Его здания всегда окружает зелень в соседстве с водой. Впервые принцип «единства с природой» был реализован в масштабе целого города.
Сегодня понятие «биоклиматическое здание» вобрало в себя весь опыт «экологического» строительства, накопленный за тысячелетия и современные энергоэффективные технологии.
Лишь в конце 20 века биоклиматическая теория получила научное обоснование. Одним из первых сформулировал биоклиматическую теорию и реализовал на практике принципы проектирования малазиец Кен Янг. В Малайзии, здания, построенные Кеном Янгом, получили статус национального достояния и стали символом биоклиматической архитектуры.
В Европе, Америке, Азии эти принципы широко применяются при строительстве зданий.
Американским Советом Зеленых Зданий (USGBC) разработана программа по сертификации зданий в зависимости от их экологичности и энергоэффективности (LEED).
В Малайзии исследования биоклиматических зданий проводятся Институтом Стандартов и Индустриальных исследований (SIRIM).
В Канаде биоклиматическими зданиями занимается Канадский Совет Зеленых Зданий (CGBC)
В России еще в 60-х годах зародились идеи застройки северных городов зданиями с зелеными садами внутри и с использованием солнечной энергии.
Архитектором А. И. Щипковым были разработаны несколько проектов для условий «вечной мерзлоты» Северные «Поляры» на 1500, 2000 и 5000 жителей. Основные принципы и идеи были изложены в его диссертации «Поляр- жилой комплекс заполярных районов крайнего Севера СССР. Основные вопросы пространственного формообразования». Однако, ввиду фактически бесплатной энергии, в СССР не было необходимости разрабатывать и внедрять энергоэффективные технологии в строительстве. Но с течением времени, с приходом на российский рынок крупных инвестиционных групп, с ростом цен на энергоресурсы, перед отечественным застройщиком стала задача применения новых технологий строительства, соответствия мировым стандартам, создание более качественной технологичной, дружественной природе архитектуры.
Однако у российского потребителя полностью отсутствует опыт строительства, и эксплуатации биоклиматических зданий. До сих пор биклиматические принципы в и возможность их применения не были исследованы отечественными специалистами, кроме как в диссертации Усова Я.Ю.
В этой ситуации особую актуальность приобретают исследования в области архитектурного формирования биоклиматических зданий, выявление основных принципов, а главное- возможность применения мирового опыта для проектирования зданий в России.
Более 10 лет Я.Ю. Усов занимается изучением и внедрением в практику принципов биоклиматической архитектуры. на wwww.yaroslav.ru и www.designus.ru представлено множество экспериментальных разработок автора.
Различные аспекты их проектирования рассмотрены в работах Кена Янга «Bioclimatic Skyscrapers» (2002 г) , «Designing with Nature», «The Reinventing the Skyscraper, A Vertical Theory of Urban Design» и «Eco Skyscrapers» под редакцией А. Ричардтса.(2003 г)
Основные проекты опубликованы в книге «T.R Hamzah&Yeang: Ecology of the sky» (2001 г)
Отдельные принципы формирования озелененных атриумных пространств описаны в книге Р. Саксона «Атриумные здания» (1987 г.)
Этапы развития биоклиматической архитектуры описал Джеймс Стил в книге «Ecological Architecture» (2005 г)
Инженерные аспекты, приемы формирования микроклимата в здании рассмотрели в своих работах Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач, Н.В. Шилкин “Энергоэффективные здания”(2003 г).
Объектом исследования является биоклиматическое здание, его внутренняя структура, особенности формирования.
Цель статьи – определить основные принципы проектирования биоклиматических зданий, их особенности., выявить перспективы строительства биоклиматических зданий в России.

Принципы формирования биоклиматических зданий

1.Участок земли
Выбор участка, как условия рельефа влияют на здание
2. Растительность
Влияние расположения растительности на микроклимат в здании
Растительность и деревья в частности, оказываю большое влияние на охлаждение здания. Зеленые насаждения рассеивают прямые солнечные лучи, создают тень, препятствуют прохождению горячего воздуха внутрь здания
3.Водные пространства
Влияние водных пространств на микроклимат в здании
Вода поглощает большое количество солнечной радиации и охлаждает воздушные потоки.
4. Ориентация и ширина улицы
Влияние окружающей застройки на здание
Количество солнечной радиации, полученной зданием в условиях города, напрямую зависит от расстояния от других зданий, ширины улицы и ориентации по сторонам света.
5. Солнечная радиация
Защита от солнца глубокими лоджиями, растениями вдоль фасада, жалюзи.
6. форма плана
Форма плана здания влияет на распределение воздушных потоков. Эта особенность может помочь или препятствовать естественной вентиляции.
7. Элементы плана
Водные пространства, растительность, внутренние дворы.
8. ориентация здания
Ориентация здания определяет количество солнечной радиации, которую оно получает. Ориентация, относительно воздушных потоков, влияет на естественную вентиляции.
9. форма крыши
Форма крыши может регулировать уровень дневного света внутри здания, характер и направление воздушных потоков вокруг здания, что непосредственно влияет на естественную вентиляцию
10. ориентация окон
Ориентация по сторонам света и относительно преобладающего направления ветра существенно влияет на качество естественной вентиляции и комфорт внутри здания.
11. Расположение коммуникационных узлов
В холодном климате коммуникационные узлы рационально располагать на северной стороне здания, так как это наиболее неблагоприятная ориентация для жилых и общественных помещений.
12. расположение атриумов
В холодном климате
-Точечное
-Линейное расположение
В жарком климате
-Спиральное расположение
-Дисперсное расположение
-Линейная система
13.Расположение атриума на плане
Примыкающий к фасаду, расположенный в центральной части, линейное расположение атриума.
14. ветер
Влияние формы плана на климат внутри здания, проветриваемость, охлаждение.
15. решение фасада
Транспарентный
Хорош для умеренного и северного климата, где невысока солнечная радиация. В жарком климате необходима солнцезащита.
Полутранспарентный
Применим в средней полосе, где необходимо максимум света и возможна большая солнечная активность в летний период.
Балконы и лоджии
Применяются в жарком климате, создавая тень на фасаде, препятствуя перегреву.
Смешанный
в зависимости от ориентации здания, с солнечной стороны устраиваются лоджии, дающие тень, с северной – сплошное стекло, обеспечивающее максимум света.
16. вертикальное озеленение
Озеленения фасада здания как с наружи так и внутри.
основные функции биоклиматических атриумных зданий:
-приспособительная функция
Возможность создания в атриуме любого ландшафта, любой климатической зоны, «мини мир» в отдельном здании
– культурная функция
Формирование культуры. люди строят здания для выражения собственной культуры, своего времени
-защитная функция
Потребность в защите от непогоды, потребность в комфорте. Возможность создания идеальных климатических условий в здании
-культурная функция
Атриумные пространства предназначены для встреч людей, общения, визуально обогащают интерьер здания. Озелененные атриумные пространства работают на контрасте с монотонной серой массой города.
-экономический фактор
Атриумные здания более выгодны с точки зрения экономических вложений, более престижны. Многосветные пространства повышают статус здания. Здания с атриумами быстрее окупаются за счет атриума увеличивается естественное освещение в здании, освещаются центральные помещения, снижаются расходы на освещении, увеличивается степень комфорта внутри здания.
Необходимость в экономии энергии, в альтернативных источниках стала реальностью. А ввиду общего ухудшения экологической ситуации в Мире, в задыхающихся от смога деловых районах крупных городов, строительство экологичных зданий, привносящих дополнительное озеленение в «каменные джунгли», является реальной потребностью. Надо отметить, что разработки отечественных специалистов, экспериментальные проекты и исследования показали, что строительство биоклиматических зданий возможно и в суровых климатических условиях. Накопленный зарубежный опыт проектирования и строительства предоставляет достаточную возможность для проведения теоретического анализа с последующем применением результатов в отечественной практике.

Основные выводы и результаты

Выявлена принципиальная возможность проектирования и строительства биоклиматических зданий в различных климатических зонах, как на Юге так и на Севере России.
Определены предпочтительные архитектурные принципы организации биоклиматических зданий для различных климатических зон.
Впервые введено научное понятие «биоклиматическое здание», впервые использованы публикации зарубежных исследователей, ранее не рассматриваемых в трудах отечественных авторов. Впервые предоставляются собственные исследования на основе натурного обследования зданий.
Биоклиматическая теория получила развитие на всех континентах и применялась в тропических условиях и в условиях крайнего Севера, что позволяет говорить о ее универсальности.

Список используемой литературы:

1. Табунщиков Ю. А, Бродач М. М., Шилкин Н. В. «Энергоэффективные здания» АВОК. 2003
2. Табунщиков Ю. А «Отопление, Вентиляция, кондиционирование» №1 2004 г. c 17
3. Ivor Richards «Ecology of the sky», «Images» 2001
4. Табунщиков Ю. А., Шилкин Н. В. Аэродинамика высотных зданий//АВОК. 2004. № 8 c 20-25
5. Ken Yeang “Eco Skyscrapers”, «Images» 2007
6. Шилкин Н. В. Здание высоких технологий// АВОК. 2003. №7.